自重构运载装备控制系统自适应重构方法技术方案

本发明专利技术提供一种自重构运载装备控制系统自适应重构方法，根据自重构运载装备的不同构型，使得细胞单元内部控制系统自行快速重构，共同构成自重构运载装备的控制系统，实现对不同构型装备的良好控制。该控制系统重构自适应方法具备自适应能力，可在细胞单元完成机械重构之后，自主检测当前装备构型状态，并据此进行控制系统的自适应重构，调整相应硬件架构与软件算法，使之相匹配。可实现在自重构运载装备高频重构的情况下，无需人工针对控制系统进行切换等操作，提升了自重构运载装备的自动化程度，节约了重构过程所带来的时间、人力等额外成本。外成本。外成本。

【技术实现步骤摘要】
自重构运载装备控制系统自适应重构方法


[0001]本专利技术涉及一种重构方法，具体涉及一种自重构运载装备控制系统自适应重构方法，属于运载装备控制


技术介绍

[0002]自重构运载装备，可自主重构、自主组合、自主解体，有望成为未来杀手锏武器装备。由于陆地环境复杂性，自重构地面运载装备的研制难度极大，是世界公认的重大挑战。更具革命性的是，自重构技术将使自重构大型陆基装备成为现实。大型陆基装备包括机场跑道、导弹/火箭发射装置、电磁炮/激光武器等，是维护国家安全的战略重器，其侦察与反侦察、摧毁与反摧毁，是战争决胜手段。一旦突破自重构技术，使大型陆基装备由重构细胞单元组成，实现自重构、自组合、自解体、自隐蔽，“组小成大，获得更大能力；化整为零，分散机动隐蔽”，几乎不可发现、不可摧毁，锻造自重构飞机起降平台、自重构导弹/火箭发射装置、自重构电磁炮/激光武器等尖端武器。
[0003]高效率、高鲁棒、可拓展的控制系统是自重构大型陆基装备的关键技术之一。自重构运载装备的自主重构不仅仅指的是机械系统层面的重构，还伴随着控制、能量等多系统的融合与解体，因此给各个系统带来全新的挑战。对于控制系统而言，每个细胞单元都具备完整独立的系统配置，对于多个细胞单元重构后所形成的母体装备，其控制系统软、硬件均发生冗余。因此，对于具有复杂拓扑关系的自重构母体装备的控制系统，亟需协调每个细胞单元中控制器、执行器等硬件之间的协作关系，保证其中每个控制器、执行器与控制系统总体的性能达到最优；同时，不同数量细胞单元重构成多构型的母体装备后，装备动力学模型、控制算法等软件参数发生相应改变，很难建立统一的参考模型进行表征。显然，传统运载装备的控制架构已无法满足自重构运载装备控制系统快速重构的需求，因此迫切需要提出一种重构方法，保证在不同数量的自重构运载装备细胞单元在完成机械重构后，其控制系统可按照一定方式完成自适应重构，提高自重构运载装备控制系统的鲁棒性、可拓展性，并极大地拓宽自重构运载装备所能发挥的能力边界。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种自重构运载装备控制系统自适应重构方法，能够实现在任意数目细胞单元完成机械重构的同时，其控制系统可自主适应当前装备构型，并自主完成相匹配的系统重构，确保各种构型的自重构运载装备安全、稳定工作。
[0005]自重构运载装备控制系统自适应重构方法：所述自重构运载装备由多个细胞单元拼接形成，所述细胞单元包括机动细胞单元和任务细胞单元；
[0006]多个机动细胞单元对接形成重构底盘，所述任务细胞单元上装在所述重构底盘上；
[0007]各机动细胞单元的整车控制器内部预设有多个不同的装备构型的通用动力学控制模型以及与相应构型的参数、不同构型运载装备的动力学控制算法及其控制策略、参数；
[0008]所述自重构运载装备的构型发生变化时，自重构运载装备的控制系统自适应调整，调整过程为：
[0009]首先进行底盘域主从控制器确定：将任务细胞单元安装在重构底盘上后，与任务细胞单元上的垂向通讯对接插口对接的机动细胞单元为主单元，其内部整车控制器作为主控制器；其余机动细胞单元的整车控制器为从控制器；
[0010]控制算法的确定及分配：当主控制器接收到任务细胞单元发送的控制指令后，依据当前构型调用对应的动力学控制算法；且在执行动力学控制算法时确定采用分层式控制逻辑，即由所述主控制器计算出需要分配到各个机动细胞单元的控制信息，然后将需要分配的控制信息传递至各从控制器，由各从控制器继续进行计算，以对自身进行控制；
[0011]控制模型更新：依据当前的装备构型，直接从机动细胞单元的整车控制器内部调用对应的动力学控制模型，对所执行的动力学控制算法中使用的动力学控制模型进行更新；
[0012]控制算法参数匹配：调用预存在机动细胞单元整车控制器中对应动力学控制算法的控制策略、参数，以完成控制系统的自适应重构。
[0013]作为本专利技术的一种优选方式，对动力学控制算法进行分层时，上层算法用于规划、分配，下层算法用于具体控制参数的计算；在多个机动细胞单元重构形成重构底盘后，主控制器先执行动力学控制算法的上层算法，得到下层算法所需的参数后，发送给该重构底盘中的各个从控制器，由从控制器执行下层算法得到自身的控制参数。
[0014]作为本专利技术的一种优选方式，将动力学控制算法分为以下四个层级：
[0015]运动规划层：为理想响应状态参数制定层；具体包括理想纵向加速度、理想横摆角速度、理想质心侧偏角、理想振动均方根值、理想车轮滑移率在内的运载装备的状态参数的制定与选取；
[0016]运动跟踪层：通过控制算法求得执行器跟踪理想状态参数的控制量；
[0017]运动分配层：将运动跟踪层得到的控制量分配到各个机动细胞单元；
[0018]运动执行层：对机动细胞单元中包括转向、驱动、制动在内的执行机构元器件进行综合控制以实现运动规划层目标；
[0019]将前三个层级作为动力学控制算法的上层，最后一层作为动力学控制算法的下层。
[0020]作为本专利技术的一种优选方式，所述自重构运载装备中，所述任务细胞单元通过CAN A进行内部控制系统通讯，同时通过所述CAN A进行任务细胞单元与机动细胞单元之间通讯；所述机动细胞单元间通过CAN B进行控制系统通讯；所述机动细胞单元内部通过CAN C进行控制通讯；
[0021]所述任务细胞单元上只设置有一个与CAN A相连的垂向通讯对接插口，所述任务细胞单元安装在重构底盘上后，与所述任务细胞单元上的垂向通讯对接插口对接的机动细胞单元为主单元；
[0022]作为本专利技术的一种优选方式，自重构运载装备控制系统进行重构的场景包括但不限于：多个相互分离的细胞单元，共同重构成为一个自重构运载装备；一个已经重构完成的自重构运载装备，更换不同的任务细胞单元或增减机动细胞单元以执行新任务。
[0023]作为本专利技术的一种优选方式，预存的装备构型包括但不限于4
×
4构型、6
×
6构型、
8
×
8构型以及搭配不同任务细胞单元；通用动力学控制模型包括但不限于用于纵向控制的纵向车辆动力学模型、用于横向动力学控制的二自由度车辆动力学模型；相应构型模型的参数指会随装备构型发生变化的参数，包括但不限于：整车质量、质心位置、整车旋转惯量；
[0024]预存的动力学控制算法包括但不限于直接横摆力矩控制、制动防抱死控制、主动转向控制、主动悬架控制；控制策略包括但不限于PID控制、LQR控制、MPC控制。
[0025]有益效果：
[0026](1)本专利技术的自重构运载装备控制系统自适应重构方法，具备高可拓展性，可灵活适应任意数量细胞单元所重构的自重构运载装备，不受参与重构的细胞单元数目限制，可支撑多种构型母体装备控制系统正常工作，提升了自重构运载装备发展的上限。
[0027](2)本专利技术的自重构运载装备控制系统重构自适应方法，具备自适应能力，可在细胞单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自重构运载装备控制系统自适应重构方法，其特征在于，所述自重构运载装备由多个细胞单元拼接形成，所述细胞单元包括机动细胞单元和任务细胞单元；多个机动细胞单元对接形成重构底盘，所述任务细胞单元上装在所述重构底盘上；各机动细胞单元的整车控制器内部预设有多个不同的装备构型的通用动力学控制模型以及相应构型的参数、不同构型运载装备的动力学控制算法及其控制策略、参数；所述自重构运载装备的构型发生变化时，自重构运载装备的控制系统自适应调整，调整过程包括：底盘域主从控制器确定：将任务细胞单元安装在重构底盘上后，与任务细胞单元上的垂向通讯对接插口对接的机动细胞单元为主单元，其内部整车控制器作为主控制器；其余机动细胞单元的整车控制器为从控制器；控制算法的确定及分配：当主控制器接收到任务细胞单元发送的控制指令后，依据当前构型调用对应的动力学控制算法；且在执行动力学控制算法时采用分层式控制逻辑，即由所述主控制器计算出需要分配到各个机动细胞单元的控制信息，然后将需要分配的控制信息传递至各从控制器，由各从控制器继续进行计算，以对自身进行控制；控制模型更新：依据当前的装备构型，直接从机动细胞单元的整车控制器内部调用对应的动力学控制模型，对所执行的动力学控制算法中使用的动力学控制模型进行更新；控制算法参数匹配：调用预存在机动细胞单元整车控制器中对应动力学控制算法的控制策略、参数，以完成控制系统的自适应重构。2.如权利要求1所述的自重构运载装备控制系统自适应重构方法，其特征在于，对动力学控制算法进行分层时，上层算法用于规划、分配，下层算法用于具体控制参数的计算；在多个机动细胞单元重构形成重构底盘后，主控制器先执行动力学控制算法的上层算法，得到下层算法所需的参数后，发送给该重构底盘中的各个从控制器，由从控制器执行下层算法得到自身的控制参数。3.如权利要求2所述的自重构运载装备控制系统自适应重构方法，其特征在于，将动力学控制算法分为以下四个层级：运动规划层：为理想响应状态参数制定层；具体包括理想纵向加速度、理想横摆角速度、理想质心侧偏角、理想振动均...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪俊，王铁圳，杨续，马明昊，袁昊，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：